خواص نوترون ها

نیمه عمر نوترون آزاد، طبق اندازه گیری اسپیواک (Spivak) برابر با 1107 ± 0.3 دقیقه به دست آمده است.

در مطلب قبل دانستید که معروف‌ترین ذرات ریز اتمی الکترون‌ها، پروتون‌ها ونوترون‌ها هستند. پروتون و نوترون ذرات ترکیبی هستند که ازکوارک تشکیل شده‌اند و نوترون ها ذره هایی با بار خنثی هستند. آن ها مانند پروتون ها مثبت نیستند.

چادویک ( Chadwick ) در سال 1932 براساس این بررسی و یا مشاهده‌های دیگر صرفنظر از تشعشع گاما که توسط بت مشاهده شده بود به این نتیجه رسید که یک ذره خنثی ناشناخته با جرمی تقریباً معادل جرم پروتون تولید شده است. او این ذره جدید را نوترون نامید.

گسیل نوترون برای اولین بار در سال 1932 در بمباران بریلیم با ذرات آلفا آشکار شد. در نتیجه گیر اندازی ذره آلفا توسط هسته برلیم، هسته کربن تشکیل و نوترون گسیل شد. معادله واکنش را می توان به این صورت نوشت.

در این جا نماد n علامت نوترون می باشد. سپس شمار زیادی واکنش های هسته ای کشف شدند که نوترون آزاد می کردند. 
با وجود این، برای به دست آوردن نوترون، مثل سابق، واکنش ذره آلفا با بریلیم معمول است. حتی اکنون می بینیم که آمپول های محتوی آمیزه ای از ماده پرتوزای آلفا و گرد بریلیم به عنوان چشمه تراکم نوترون به کار می رود.

چنین چشمه نوترونی را در نزدیکی اتاقک ابر ویلسون در حال کار قرار می دهیم که در آن لایه نازکی از ماده محتوی هیدروژن مثلا پارافین C₂₂H₄₆ قرار داد. روی عکسی که از این اتاقک گرفته شود، رهدهایی مشاهده می شود که از این لایه خارج می شوند. چنان که می توان از روی جنس یونش داوری کرد این ها ردهای پروتون هستند. تمام ردها به طرف جلو می باشند (اگر از چشمه نگاه کنیم). آنها با پروتون هایی ایجاد شده اند که به علت برخورد نوترون های تند گسیل شده از چشمه از لایه خارج شده اند. از خود نوترون ها که از اتاقک می گذرند ردی وجود ندارد.

بنابراین، نوترون ها یونش قابل ملاحظه ای تولید نمی کنند، یعنی بر خلاف ذرات باردار، آنها با الکترون ها عملا اندرکنش ندارند. نوترون ها با گذر از میان ماده، فقط با هسته های اتمی اندکنش می کنند. ولی نظر به این که اندازه هسته ها خیلی کوچک است، برخورد نوترون ها با آنها خیلی به ندرت صورت می گیرد. این آزمایش توانایی گذر آزاد نوترون ها را از درون لایه های کلفت (از مرتبه سانتی متر) مواد، به عنوان مثال، از دیواره های چشمه و اتاقک در آزمایش نشان داده در شکل زیر، آشکار می سازد.

در شکل 1 می توانید مشاهده کنید که پروتون های بیرون رانده شده در راستای حرکت نوترون ها ردشان بلندتر و در نتیجه انرژیشان بالاتر از پروتون هایی است که با این راستا زاویه بزرگ تر می سازند. این پدیده را می توان با تحلیل برخورد نوترون با پروتون همچون برخورد گوی های کشسان داری همین جرم ها به آسانی توضیح داد. گوی در نتیجه برخورد رو به رو (مستقیم) با گوی دیگر دقیقا در ر استا به طرف جلو پیش رانده می شود.

(شکل 2) اما در این حالت، گوی برخورد کننده می ایستد، یعنی انرزی خود را به تمامی به گوی ساکن می دهد. حرکت پروتون با زاویه ای نسبت به سرعت اولیه نوترون با برخورد مایل متناظر است.

(شکل 3) در این حالت، گوی برخورد کننده نمی ایستد بلکه راستای خود را عوض می کند و فقط بخشی از انرزی خود را به گوی دیگر می دهد.

شکل 2: برخورد مستقیم گوی های کشسان و با جرم یکسان. (الف) قبل از برخورد، (ب) بعد از برخورد. گوی برخورد کننده، با انتقال سرعت خود به گوی ساکن می ایستد.

شکل 3: برخورد پهلو به پهلوی دو گوی کشسان و با جرم یکسان. (الف) قبل از برخورد، (ب) در طول برخورد، (پ) بعد از برخورد. گویی که در آغاز ساکن بود در راستایی که با راستای حرکت گوی برخود کننده زاویه می سازد به حرکت در می آید و فقط بخشی از انرزی آن را می گیرد. 

بدیهی است، هر گاه گوی سبک به گوی سنگین برخورد کند، به عقب بر می گردد و تقریبا تمامی انرژی خود را نگه می دارد. فقط بخش کوچکی از انرزی گوی سبک به گوی سنگین منتقل می شود، قیاس با برخورد گوی ها به نتیجه زیر می انجامد. نوترون ها در طول برخورد با هسته ها انرژی خود را از دست می دهند، یعنی کند می شوند. 
هرچه هسته سبک تر باشد یعنی جرم هسته به جرم نوترون نزدیک تر باشد، اثر کند کنندگی برخوردها شدیدتر است. 

بارالکتریکی نوترون 
برای تعیین بارالکتریکی نوترون، آزمایش های مختلفی انجام شده است. در این زمینه شاپیر و واشتولین کوشش کردند که نوترون ها را در میدان‌های الکتریکی قوی منحرف سازند، ولی هیچ انحرافی را توسط دستگاه های دقیق که دقت آنها تا (10-12 e) بود مشاهده نکردند. فرمی و مارشال از آزمایش های پراکندگی نوترون در اثر برخورد با گزنون مقدار بارنوترون را تا حداکثر
 10-18 e بدست آوردند.

تجزیه بتایی نوترون 
یک نوترون در اثر تجزیه بتا به یک پروتون و یک الکترون با ماکزیمم انرژی معادل 7 82 کیلو الکترون ولت است. 0.91314Mev ×0.84= 782 kev تبدیل گردد. تجزیه بتایی نوترون آزاد برای اولین بار درسال 1948 توسط اسنل (Snell) مشاهده گردید. ماکزیمم انرژی تولید شده در اثر این تجزیه معادل 782 ±13 kev توسط رابسن ( Rabsen) بدست آمده است.

منبع: http://daneshnameh.roshd.ir
مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان